导读
近日，来自杜克大学的Tony Jun Huang研究团队及其合作者提出了由三种可调参数控制的通道-腔杂化原胞（hybrid channel-cavity）组成的可调谷声子晶体。这种声子晶体支持谷态和具有复波数的狄拉克锥。它们可以被配置成啁啾谷声子晶体，其边界态被减慢到零群速度状态，使得不同频率的能量在不同的指定位置积累。该声子晶体可以实现多种功能，包括调控谷态的色散关系、表面声波的鲁棒传输和群速度的空间调制。
拓扑材料表现出的谷自由度(DOF)，丰富了信息和能量的传输的方式，并吸引了凝聚态物理学越来越多的兴趣。近年来，谷拓扑相的概念已扩展到经典玻色子系统，激发了利用周期结构操纵经典波的各种方法，如利用光子晶体操控电磁波或声子晶体操控声/弹性波。经典波的谷霍尔相通常是通过破缺二维蜂窝晶格的镜面或空间反演对称性来实现的。在这种结构中，不等价谷的本征模态自然具有相反的极化，从而产生不需要强自旋轨道相互作用的拓扑输运。在不同谷霍尔相间的界面上，出现的边界态不受缺陷和波导尖角处的背散射的影响。
尽管研究人员已经在多个方面对可调声学系统进行了深入的研究，但对声波拓扑态的色散(频率、波数和斜率)进行调控仍然是一项挑战。之前报道的拓扑声学系统，由于频率与晶格常数的联系，在大范围内连续调整拓扑态的频率和色散斜率仍然是比较困难的。此外，虽然在实波数-频域具有拓扑能带的系统已经得到了广泛的研究，但在复波数-频域具有拓扑能带的声学系统的研究却很少。
图1：谷拓扑声子晶体及其色散曲线示意图
图2：声谷霍尔边界态及其色散曲线示意图
图3：控制波导边界模式的实验结果
图4：控制表面波边界模式的实验结果
图5：啁啾谷声子晶体中彩虹波边界的演示
这项工作可能激发未来对其他经典系统中具有复波数的拓扑态和梯度材料拓扑态的进一步研究，以及促进声学器件的发展。文章于近日发表在《Nature Communications》上。
文章链接
https://doi.org/10.1038/s41467-020-14553-0
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